DE102012102094A1 - Device for determining a gas mass flow and method for recalibrating such a device - Google Patents

Device for determining a gas mass flow and method for recalibrating such a device Download PDF

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Abstract

Es sind Vorrichtungen zur Bestimmung eines Gasmassenstroms mit zwei Sensoreinheiten mit einer ersten Sensorenheit (20), die mindestens ein erstes Temperaturmesselement (40; 42) und ein erstes Heizelement (44) aufweist, einer zweiten Sensoreinheit (22), die ein zweites Temperaturmesselement (36) und ein zweites Heizelement (50) aufweist und einer Steuereinheit (52), mittels derer das zumindest eine Temperaturmesselement (40; 42) auf gesteuerte Übertemperaturen regelbar ist, bekannt. Um trotz auftretender nicht abbrennbarer Beläge korrekte Messwerte ermitteln zu können, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit (52) derart mit dem Heizelement (50) verbunden ist, dass das Heizelement (50) der zweiten Sensoreinheit (22) auf eine gesteuerte Übertemperatur regelbar ist.The invention relates to devices for determining a gas mass flow with two sensor units having a first sensor unit (20) which has at least one first temperature measuring element (40, 42) and a first heating element (44), a second sensor unit (22) having a second temperature measuring element (36 ) and a second heating element (50) and a control unit (52), by means of which the at least one temperature measuring element (40; 42) can be controlled to controlled excess temperatures. In order to be able to determine correct measured values despite occurring non-combustible coatings, it is proposed that the control unit (52) is connected to the heating element (50) in such a way that the heating element (50) of the second sensor unit (22) can be regulated to a controlled excess temperature.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms mit einer ersten Sensoreinheit, die mindestens ein erstes Temperaturmesselement und ein erstes Heizelement aufweist, einer zweiten Sensoreinheit, die ein zweites Temperaturmesselement und ein zweites Heizelement aufweist und einer Steuereinheit, mittels derer das zumindest eine Temperaturmesselement auf gesteuerte Übertemperaturen regelbar ist sowie ein Verfahren zur Rekalibrierung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms, bei dem das erste Heizelement der ersten Sensoreinheit auf eine gesteuerte Übertemperatur geregelt wird und daraufhin ein Massenstrom aus der Wärmeabfuhr des zumindest einen Heizelementes der ersten Sensoreinheit in Abhängigkeit der Temperatur des Temperaturmesselementes berechnet wird.The invention relates to a device for determining a gas mass flow with a first sensor unit having at least a first temperature measuring element and a first heating element, a second sensor unit having a second temperature measuring element and a second heating element and a control unit, by means of which the at least one temperature measuring element controlled Overtemperaturen is controllable and a method for recalibration of a device for determining a gas mass flow, in which the first heating element of the first sensor unit is controlled to a controlled excess temperature and then calculates a mass flow of the heat dissipation of the at least one heating element of the first sensor unit as a function of the temperature of the temperature measuring element becomes.

Vorrichtungen zur Gasmassenstrommessung sind vor allem aus dem Bereich der Ansaugluftmassenmessung in Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Besonders gute Ergebnisse werden dabei mit Luftmassenmessern erzielt, welche nach dem Prinzip der Heißfilmanemometrie arbeiten. Dies bedeutet, dass ein Heizelement des Sensors erhitzt wird, wobei durch Konvektion die erzeugte Wärme dieses Heizelementes auf das strömende Medium abgegeben wird. Die daraus resultierende Temperaturänderung oder die zusätzliche Leistungsaufnahme zum Erhalt der Heizelementtemperatur bilden ein Maß für den vorhandenen Massenstrom.Devices for gas mass flow measurement are mainly known from the field of intake air mass measurement in internal combustion engines. Particularly good results are achieved with air mass meters, which operate on the principle of hot film manometry. This means that a heating element of the sensor is heated, wherein the generated heat of this heating element is delivered to the flowing medium by convection. The resulting temperature change or the additional power consumption to obtain the heating element temperature form a measure of the existing mass flow.

Modifizierte Massenstromsensoren werden in den letzten Jahren auch zur Messung des Abgasmassenstroms genutzt, wie dies beispielsweise in der DE 10 2006 058 425 A1 beschrieben wird. Diese Vorrichtung zur Bestimmung des Massenstroms weist zwei voneinander getrennte Sensoreinheiten auf, wovon eine erste zur Massenstromberechnung durch Bestimmung einer Verlustleistung dient und die zweite zur Temperaturbestimmung des Abgasstroms dient. Das Heizelement der ersten Sensoreinheit wird dann entweder auf eine Übertemperatur geregelt, die eine konstante Differenz zum Temperaturmesselement aufweist oder auf eine konstante Übertemperatur geregelt. Aus der hierzu notwendigen zusätzlichen Leistungsaufnahme kann auf den Abgasmassenstrom geschlossen werden. Allerdings sind Verschmutzungen zu vermeiden, die das Messergebnis verfälschen, weswegen auch das Temperaturmesselement ein Heizelement aufweist, mit dem insbesondere Rußablagerungen auf dem Substrat abgebrannt werden können. Neben dem Problem der auftretenden Verschmutzung bei der Verwendung im Abgasstrang besteht das Problem repräsentative Messergebnisse bei auftretenden Pulsationen und Turbulenzen zu erhalten, wie sie verstärkt im Abgasstrang auftreten, Hierzu wird in der DE 10 2006 058 425 A1 vorgeschlagen, zwei Temperaturmesselemente hintereinander anzuordnen, wodurch eine Richtungserkennung aufgrund des vorhandenen Wärmeübergangs vom jeweils stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Bereich möglich wird, die in die Berechnung des Abgasmassenstroms mit einbezogen werden kann.Modified mass flow sensors are also used in recent years for measuring the exhaust gas mass flow, as for example in the DE 10 2006 058 425 A1 is described. This device for determining the mass flow has two separate sensor units, of which a first is used for mass flow calculation by determining a power loss and the second is used to determine the temperature of the exhaust gas flow. The heating element of the first sensor unit is then either regulated to an excess temperature, which has a constant difference to the temperature measuring element or regulated to a constant excess temperature. From the additional power required for this purpose can be concluded that the exhaust gas mass flow. However, soiling must be avoided, which falsify the measurement result, which is why the temperature measuring element has a heating element with which, in particular, soot deposits on the substrate can be burned off. In addition to the problem of pollution occurring when used in the exhaust system, the problem is to obtain representative measurement results occurring pulsations and turbulence, as they occur increasingly in the exhaust system, this is in the DE 10 2006 058 425 A1 proposed to arrange two temperature measuring elements in a row, whereby a direction detection due to the existing heat transfer from the upstream to downstream region is possible, which can be included in the calculation of the exhaust gas mass flow.

Trotz dieser Möglichkeiten der Richtungs- beziehungsweise Pulsationserkennung und des Abbrennens von Ablagerungen ergeben sich jedoch nach längerer Betriebsdauer Messwertabweichungen durch äußere Einflüsse auf den Sensor wie beispielsweise durch Belagbildung.Despite these possibilities of directional or pulsation detection and the burning off of deposits, however, measured value deviations resulting from external influences on the sensor, such as, for example, through deposit formation, result after a longer service life.

Es steht sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms sowie ein Verfahren zur Rekalibrierung einer derartigen Vorrichtung zu schaffen, mit welchen eine Abgasmassenstrommessung mit minierten Messwertabweichungen möglich wird.It is therefore the object to provide a device for determining a gas mass flow and a method for recalibration of such a device, with which an exhaust gas mass flow measurement with minated measured value deviations is possible.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Rekalibrierung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.This object is achieved by a device for determining a gas mass flow with the features of claim 1 and by a method for recalibrating a device for determining a gas mass flow with the features of claim 5.

Dadurch, dass die Steuereinheit derart mit dem Heizelement der zweiten Sensoreinheit verbunden ist, dass das Heizelement ebenfalls auf eine gesteuerte Übertemperatur regelbar Ist, wird es möglich, die Funktion der beiden Sensoreinheiten umzukehren. Entsprechend wird bei Erkennen eines gesteuerten stationären Motorzustandes der ermittelte Gasmassenstrom gespeichert, anschließend schaltet die Steuereinheit um und das Heizelement der zweiten Sensoreinheit wird auf eine gesteuerte Übertemperatur geregelt und ein Massenstrom aus der Wärmeabfuhr des zumindest einen Heizelementes der zweiten Sensoreinheit in Abhängigkeit der Temperatur des Temperaturmesselementes der ersten Sensoreinheit berechnet und abschließend werden die beiden Werte des Gasmassenstroms miteinander verglichen und entsprechend einer in der Steuereinheit hinterlegten Korrekturtabelle die erste Sensoreinheit rekalibriert. Die den Messwert verändernden Beläge sind bei der umgekehrten Messung nicht vorhanden. So wird das Ergebnis der umgekehrten Messung weitestgehend frei von Fehlern sein, da die zweite Sensoreinheit im Betrieb nicht beheizt wird. Somit kann bei zuvor korrekt ermitteltem Kennfeld und bekanntem stationärem Motorzustand auf einen korrekten Referenzwert geschlossen werden, wodurch die erste Sensoreinheit zur Ermittlung korrekter Abgasmassenströme im Betrieb rekalibriert werden kann.Characterized in that the control unit is connected to the heating element of the second sensor unit, that the heating element is also controllable to a controlled excess temperature, it is possible to reverse the function of the two sensor units. Accordingly, upon detection of a controlled stationary engine state of the determined gas mass flow is stored, then the control unit switches and the heating element of the second sensor unit is controlled to a controlled excess temperature and a mass flow of the heat dissipation of the at least one heating element of the second sensor unit in dependence of the temperature of the temperature measuring element first calculated and finally the two values of the gas mass flow are compared with each other and recalibrated according to a stored in the control unit correction table, the first sensor unit. The coverings which change the measured value are not present in the reverse measurement. Thus, the result of the reverse measurement will be largely free of errors, since the second sensor unit is not heated during operation. Thus, in the case of a previously correctly determined characteristic map and known stationary engine state, a correct reference value can be deduced, whereby the first sensor unit can be recalibrated during operation in order to determine correct exhaust gas mass flows.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind die Heizelemente mäander- oder omegaförmig auf den Substraten angeordnet. Hierdurch kann eine gleichmäßige konstante Temperaturverteilung auf dem Substrat erreicht werden, wodurch Messfehler zwischen den ermittelten Werten der Messelemente auf einem Substrat durch eine inhomogerne Temperaturverteilung vermieden werden.In an advantageous development of the device, the heating elements are meandering or Omega-shaped arranged on the substrates. As a result, a uniform, constant temperature distribution on the substrate can be achieved, whereby measuring errors between the determined values of the measuring elements on a substrate are avoided by an inhomogeneous temperature distribution.

In einer bevorzugten Ausführung weist die erste Sensoreinheit zwei Temperaturmesselemente auf, die mit der Steuereinheit verbunden sind. Die Differenz der gemessenen Temperatur der beiden Temperaturmesselemente auf der ersten Sensoreinheit wird dann zur Strömungsrichtungserkennung genutzt. Eine derartige Anordnung und das beschriebene Verfahren ermöglicht die Detektion von auftretenden Pulsationen und somit vorübergehender Strömungsumkehrungen, die dann entsprechend rechnerisch berücksichtigt werden können. Hierzu macht man sich zunutze, dass eine Wärmeabstrahlung zum jeweiligen stromabwärtigen Temperaturmesselement vorhanden ist.In a preferred embodiment, the first sensor unit has two temperature measuring elements which are connected to the control unit. The difference of the measured temperature of the two temperature measuring elements on the first sensor unit is then used for flow direction detection. Such an arrangement and the method described enables the detection of occurring pulsations and thus temporary flow reversals, which can then be taken into account correspondingly. For this purpose, one makes use of the fact that a heat radiation to the respective downstream temperature measuring element is present.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung weist die zweite Sensoreinheit zwei Temperaturmesselemente auf, welche mit der Steuereinheit verbunden sind. Entsprechend können durch einen Vergleich der beiden gemessenen Temperaturen auch bei der Rekalibrierung Pulsationen berücksichtigt werden und auf Fehler der einzelnen Messelemente geschlossen werden.In an advantageous development of the device, the second sensor unit has two temperature measuring elements, which are connected to the control unit. Correspondingly, by comparing the two measured temperatures, pulsations can also be taken into account during the recalibration and errors in the individual measuring elements can be deduced.

In einer Weiterführung des Verfahrens zur Rekalibrierung eines Massenstromsensors schaltet in einem folgenden Schritt die Steuereinheit wieder um, so dass das Heizelement der ersten Sensoreinheit auf die gesteuerte Übertemperatur geregelt wird. Somit wird automatisch nach der Rekalibrierung wieder der Normalbetriebszustand hergestellt.In a continuation of the method for recalibrating a mass flow sensor, the control unit switches over again in a following step, so that the heating element of the first sensor unit is regulated to the controlled excess temperature. Thus, the normal operating state is automatically restored after the recalibration.

Um Fehler bei der Rekalibrierung zu vermeiden, wird vor der Rekalibrierung die zweite Sensoreinheit mittels des zweiten Heizelementes freigebrannt, so dass die tatsächlichen Messwerte der Sensoreinheiten bei der Rekalibrierung zugrunde gelegt werden.In order to avoid errors in the recalibration, the second sensor unit is burned free before recalibration by means of the second heating element, so that the actual measured values of the sensor units are used in the recalibration.

Es wird somit eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms sowie ein Verfahren zur Rekalibrierung einer derartigen Vorrichtung geschaffen, mit welcher über die gesamte Lebensdauer des Sensors eine von auftretenden Belägen unabhängige und somit korrekte Berechnung des Abgasmassenstroms ermöglicht wird, indem ein Funktionsumkehr der Sensoreinheiten und eine immer neue Kalibrierung der ersten Sensoreinheit durchgeführt wird.There is thus provided a device for determining a gas mass flow and a method for recalibrating such a device, with which over the entire life of the sensor independent of occurring coatings and thus correct calculation of the exhaust gas mass flow is made possible by a reversal of the sensor units and an ever new Calibration of the first sensor unit is performed.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Massenstroms ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend ebenso wie das erfindungsgemäße Verfahren zur Rekalibrierung beschrieben.An embodiment of a device according to the invention for determining a mass flow is shown in the figures and will be described below as well as the method according to the invention for recalibration.

1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Massenstroms in einem Kanal in schematischer Darstellung. 1 shows a side view of an apparatus according to the invention for determining a mass flow in a channel in a schematic representation.

2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erste Sensoreinheit der Vorrichtung zur Bestimmung eines Massenstroms. 2 shows a schematic plan view of the first sensor unit of the apparatus for determining a mass flow.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die zweite Sensoreinheit der Vorrichtung zur Bestimmung eines Massenstroms. 3 shows a schematic plan view of the second sensor unit of the apparatus for determining a mass flow.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Massenstroms ist in einem Kanal 10 angeordnet, der von Abgas durchströmt wird und durch Wände 12 begrenzt wird. In der Wand 12 ist eine senkrecht zu einer Kanalachse 14 verlaufende Öffnung 16 ausgebildet, durch die sich ein Gehäuse 18 einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Abgasmassenstroms in den Kanal 10 erstreckt.The inventive device for determining a mass flow is in a channel 10 arranged, which is traversed by exhaust gas and through walls 12 is limited. In the wall 12 is a perpendicular to a channel axis 14 extending opening 16 formed by a housing 18 a device for determining an exhaust gas mass flow in the channel 10 extends.

Aus dem Gehäuse 18 ragen eine erste Sensoreinheit 20 und eine zweite Sensoreinheit 22 in den Kanal 10, welche durch zumeist mehrschichtige Keramiksubstrate 24, 26 gebildet werden, auf denen in bekannter Weise Platin-Dünnfilmwiderstände und Leiterbahnen 28 angeordnet sind.From the case 18 protrude a first sensor unit 20 and a second sensor unit 22 in the channel 10 , which by mostly multilayer ceramic substrates 24 . 26 are formed on which in a known manner platinum thin-film resistors and conductor tracks 28 are arranged.

Die Sensoreinheiten 20, 22 sind dabei üblicherweise parallel zueinander in Hauptströmungsrichtung des Abgases hintereinander liegend angeordnet, wobei die Haupterstreckungsrichtung jeder Sensoreinheit 20, 22 ebenfalls parallel zur Hauptströmungsrichtung im Kanal 10 liegt. Durch die Parallelität der Verbindungslinie der Sensoreinheiten 20, 22 zur Hauptströmungsrichtung des Abgases werden diese auch nicht frontal angeströmt sondern lediglich überströmt, was Ablagerungen auf dem Trägerkörper deutlich reduziert.The sensor units 20 . 22 are usually arranged parallel to one another in the main flow direction of the exhaust gas behind one another, wherein the main extension direction of each sensor unit 20 . 22 also parallel to the main flow direction in the channel 10 lies. Due to the parallelism of the connecting line of the sensor units 20 . 22 to the main flow direction of the exhaust gas, these are also not frontal flows but only overflow, which significantly reduces deposits on the support body.

Die Vorrichtung arbeitet in bekannter Weise nach dem Prinzip der Heißfilmanemometrie und weist neben den beiden Sensoreinheiten 20, 22 am zu den Sensoreinheiten 20, 22 entgegengesetzten Ende des Gehäuses 18 ein Steckerteil 30 auf, über welches die Sensoreinheiten 20, 22 mittels eines Anschlusskabels 32 mit einer Steuereinheit 52 verbunden sind, die lediglich schematisch dargestellt ist und alternativ entweder im Gehäuse 18 oder in der Motorsteuereinheit angeordnet werden kann. Das Anschlusskabel 32 dient entsprechend zur Spannungsversorgung und Datenübertragung. Die Befestigung des Gehäuses 18 erfolgt über eine Flanschverbindung 34.The device operates in a known manner according to the principle of Heißfilmenememometrie and has next to the two sensor units 20 . 22 on to the sensor units 20 . 22 opposite end of the housing 18 a plug part 30 on, over which the sensor units 20 . 22 by means of a connecting cable 32 with a control unit 52 are connected, which is shown only schematically and alternatively either in the housing 18 or can be arranged in the engine control unit. The connection cable 32 serves accordingly to the voltage supply and data transmission. The attachment of the housing 18 via a flange connection 34 ,

Die stromaufwärtige zweite Sensoreinheit 22 bildet einen Temperatursensor, mittels dessen die jeweilige Abgastemperatur gemessen wird. Dies erfolgt über ein Temperaturmesselement 36, welches beispielsweise aus zwei Platin-Dünnfilmwiderständen mit unterschiedlichem Widerstand bestehen kann. Das Temperaturmesselement 36 ist über die Leiterbahnen 28 und Kontaktfahnen 38 elektrisch mit der Steuereinheit 52 verbunden. Diese Sensoreinheit 22 dient im Normalbetrieb zur Messung der Temperatur des zu messenden Gasstroms. Des Weiteren ist auf dem Substrat 24 ein Heizelement 50 angeordnet, das die Form eines Omegas aufweist, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf dem Substrat 24 herstellen zu können.The upstream second sensor unit 22 forms a temperature sensor, by means of which the respective exhaust gas temperature is measured. This is done via a temperature measuring element 36 , which may for example consist of two platinum thin-film resistors with different resistance. The temperature measuring element 36 is over the tracks 28 and contact flags 38 electrically with the control unit 52 connected. This sensor unit 22 used in normal operation to measure the temperature of the measured gas flow. Furthermore, on the substrate 24 a heating element 50 arranged in the form of an omega, to a uniform temperature distribution on the substrate 24 to be able to produce.

Die stromabwärtige erste Sensoreinheit 20 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Temperaturmesselemente 40, 42 auf dem Substrat 26 auf, die beide unabhängig voneinander über Leiterbahnen 28 und Kontaktfahnen 38 mit der Steuereinheit 52 verbunden sind. Ein Heizelement 44 wird im Betrieb entweder auf eine konstante Übertemperatur aufgeheizt oder auf eine konstante Temperaturdifferenz zum Temperaturmesselement 36 der zweiten Sensoreinheit aufgeheizt, Durch die vorhandene Strömung erfolgt eine Abkühlung des Heizelementes 44, so dass dieses eine ständige Leistungsaufnahme benötigt, um die gesteuerte Übertemperatur zu erhalten. Diese Leistungsaufnahme beziehungsweise die Wärmeabfuhr kann in der Steuereinheit 52 über ein hinterlegtes Kennfeld in einen Abgasmassenstrom in Abhängigkeit der vorhandenen und über die Sensoreinheit 22 gemessene Abgastemperatur umgerechnet werden. Damit eine Beeinflussung des Temperatursensors also der zweiten Sensoreinheit 22 durch das Aufheizen der ersten Sensoreinheit 20 über Wärmeübergang in Richtung des Hauptabgasstromes entfällt, wird die erste Sensoreinheit 20 stromabwärtig zur zweiten Sensoreinheit 22 angeordnet.The downstream first sensor unit 20 has in the present embodiment, two temperature measuring elements 40 . 42 on the substrate 26 on, both independently via interconnects 28 and contact flags 38 with the control unit 52 are connected. A heating element 44 is heated during operation either to a constant excess temperature or to a constant temperature difference to the temperature measuring element 36 heated the second sensor unit, Due to the existing flow is a cooling of the heating element 44 so it needs a constant power input to maintain the controlled over-temperature. This power consumption or the heat dissipation can in the control unit 52 via a stored map into an exhaust gas mass flow as a function of the existing and via the sensor unit 22 measured exhaust gas temperature to be converted. So that an influence of the temperature sensor so the second sensor unit 22 by heating the first sensor unit 20 via heat transfer in the direction of the main exhaust gas flow is omitted, the first sensor unit 20 downstream to the second sensor unit 22 arranged.

Die Verwendung von zwei Temperaturmesselementen 40, 42 auf dem Substrat 26 dient der Ermittlung und Berücksichtigung von auftretenden Abgaspulsationen also einer vorübergehenden Richtungsumkehr der Abgasströmung, wie sie im Abgasbereich eines Hubkolbenmotors aufgrund der Ansaug- und Ausschubbewegungen zu erwarten ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass das jeweils stromabwärtige Temperaturmesselement 42 eine höhere Temperatur misst als das stromaufwärtige Temperaturmesselement 40, da der Wärmeübergang des stromaufwärtigen Temperaturmesselementes 40 durch den Abgasstrom in Richtung des stromabwärtigen Temperaturmesselementes 42 transportiert wird. Bei Strömungsumkehr entsteht entsprechend ein Wärmetransport in umgekehrter Richtung, so dass entweder davon ausgegangen wird, dass das jeweils stromaufwärtige Temperaturmesselement 40 repräsentativ für den in der entsprechenden Richtung strömenden Abgasstrom ist oder ein Kennfeld hinterlegt wird, in dem für verschiedene Strömungszustände und Leistungsaufnahmen der beiden Temperaturmesselemente 40, 42 ein Abgasmassenstrom aus beiden zur Verfügung stehenden Leistungsaufnahmen hinterlegt wird.The use of two temperature measuring elements 40 . 42 on the substrate 26 serves the determination and consideration of occurring exhaust gas pulsations so a temporary reversal of the exhaust gas flow, as expected in the exhaust gas region of a reciprocating engine due to the intake and Ausschubbewegungen. It is assumed that the respective downstream temperature measuring element 42 a higher temperature than the upstream temperature measuring element measures 40 because the heat transfer of the upstream temperature measuring element 40 through the exhaust gas flow in the direction of the downstream temperature measuring element 42 is transported. In the case of flow reversal, heat is transferred in the opposite direction, so that it is assumed either that the respectively upstream temperature measuring element 40 is representative of the flowing in the corresponding direction exhaust stream or a map is stored, in the for different flow conditions and power consumption of the two temperature sensing elements 40 . 42 an exhaust gas mass flow from both available power consumption is deposited.

Auch das Heizelement 44 der ersten Sensoreinheit 20 ist omegaförmig ausgebildet, um eine gleichmäßige Erhitzung des Substrates 26 zu ermöglichen.Also the heating element 44 the first sensor unit 20 is omega-shaped to uniform heating of the substrate 26 to enable.

Trotz der Möglichkeit des Freibrennens der Oberflächen der Sensoreinheiten 20, 22 insbesondere von Ruß entstehen jedoch mit steigender Anzahl an Betriebsstunden auch die Fehler bei der Messung.Despite the possibility of burnout of the surfaces of the sensor units 20 . 22 However, in particular of soot, the errors in the measurement arise as the number of operating hours increases.

Dieser Fehler ist auf Beläge auf der ersten Sensoreinheit 20 zurückzuführen, die unter anhaltender thermischer Belastung aus chemischen Verunreinigungen des Abgases entstehen, wie sie durch das Aufheizen der ersten Sensoreinheit 20 zum Erreichen der Übertemperatur nicht zu vermeiden ist. Es bilden sich beinah unlösliche Ablagerungsschichten aus verschiedenen Verbindungen, die den normalen Messbetrieb stören. Beim nicht bei erhöhter Temperatur betriebenen Temperatursensor sind diese Ablagerungen nicht vorhanden.This error is due to deposits on the first sensor unit 20 caused by prolonged thermal stress from chemical impurities of the exhaust gas, as caused by the heating of the first sensor unit 20 to reach the overtemperature is unavoidable. Almost insoluble layers of deposits from different compounds are formed which interfere with normal measuring operation. When not operated at elevated temperature temperature sensor, these deposits are not present.

Es wird daher erfindungsgemäß die zweite Sensoreinheit 22 und insbesondere das Heizelement 50 derart mit der Steuereinheit 52 verbunden, dass diese zweite Sensoreinheit 22 in gleicher Weise angesteuert werden kann wie die erste Sensoreinheit 20. Dies bedeutet, dass in einem stationären Motorlastzustand die Funktionen der beiden Sensoreinheiten 20, 22 getauscht werden und nunmehr das Heizelement 50 auf eine zur Temperatur des Abgasstroms erhöhten Übertemperatur aufgeheizt wird. Auch hier bildet die notwendige zusätzliche Leistungsaufnahme zum Halten der Übertemperatur ein Maß für den vorhandenen Abgasmassenstrom.It is therefore according to the invention, the second sensor unit 22 and in particular the heating element 50 such with the control unit 52 connected to this second sensor unit 22 can be controlled in the same way as the first sensor unit 20 , This means that in a stationary engine load condition, the functions of the two sensor units 20 . 22 be exchanged and now the heating element 50 is heated to an elevated temperature to the exhaust gas flow excess temperature. Again, the necessary additional power to hold the overtemperature is a measure of the existing exhaust gas mass flow.

Der auf diese Weise für den Abgasmassenstrom ermittelte Wert wird mit dem von der ersten Sensoreinheit 20 ermittelten Wert für den Abgasmassenstrom verglichen und entsprechend der Abweichung mittels eines in der Steuereinheit 52 hinterlegten Kennfeldes beziehungsweise einer Korrekturtabelle eine neue Kalibrierung der ersten Sensoreinheit 20 vorgenommen.The value determined in this way for the exhaust gas mass flow is compared with that of the first sensor unit 20 determined value for the exhaust gas mass flow and according to the deviation by means of a in the control unit 52 stored map or a correction table a new calibration of the first sensor unit 20 performed.

Die Korrekturtabelle wird zuvor durch Versuche mit bekannten Betriebszuständen bei Umkehr der Funktionsweise der beiden Sensoreinheiten 20, 22 ermittelt.The correction table is previously determined by experiments with known operating states in reversing the operation of the two sensor units 20 . 22 determined.

Bevor diese Routine zur Rekalibrierung durchgeführt wird, sollten jeweils beide Heizelemente 44, 50 der Sensoreinheiten 20, 22 zum Freibrennen der Oberflächen aufgeheizt werden, um Messfehler durch Rußablagerungen zu vermeiden.Before carrying out this routine for recalibration, both heating elements should be used 44 . 50 the sensor units 20 . 22 to burn down the surfaces are heated to avoid measurement errors due to soot deposits.

Die durchgeführten Rekalibrierungen sollten für spätere Diagnosen gespeichert werden.The recalibrations should be saved for later diagnostics.

Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren ist es möglich, auch bei nicht abbrennbaren Ablagerungen auf der Oberfläche einer Sensoreinheit dennoch über eine lange Betriebsdauer korrekte Messergebnisse zum Abgasmassenstrom zu erhalten, die zu einer optimalen Motorsteuerung zur Verringerung schädlicher Emissionen und zur Verbrauchsreduzierung notwendig sind.With the device described and the method described, it is possible to obtain even with non-combustible deposits on the surface of a sensor unit over a long period of operation correct measurement results for exhaust gas mass flow necessary for optimal engine control to reduce harmful emissions and to reduce fuel consumption.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Die Funktion der Steuereinheit des Abgasmassenstromsensors kann selbstverständlich auch von der Motorsteuerung wahrgenommen werden. Auch können zwei baugliche Sensoreinheiten genutzt werden, so dass auch bei der Rekalibrierung durch Messung der Verlustleistung an der zweiten Sensoreinheit die Strömungsrichtung berücksichtigt werden kann. Ebenfalls denkbar wäre eine Version mit nur einem Messelement beziehungsweise Temperaturmesselement auf dem jeweiligen Substrat.It should be clear that the scope of the main claim is not limited to the embodiment described. Of course, the function of the control unit of the exhaust gas mass flow sensor can also be perceived by the engine control. Also, two suitable sensor units can be used, so that the flow direction can also be taken into account in the recalibration by measuring the power loss at the second sensor unit. Also conceivable would be a version with only one measuring element or temperature measuring element on the respective substrate.

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Claims (8)

Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms mit einer ersten Sensoreinheit (20), die mindestens ein erstes Temperaturmesselement (40; 42) und ein erstes Heizelement (44) aufweist, einer zweiten Sensoreinheit (22), die ein zweites Temperaturmesselement (36) und ein zweites Heizelement (50) aufweist und einer Steuereinheit (52), mittels derer das zumindest eine erste Heizelement (44) auf gesteuerte Übertemperaturen regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) derart mit dem Heizelement (50) der zweiten Sensoreinheit (22) verbunden ist, dass das zweite Heizelement (50) auf eine gesteuerte Übertemperatur regelbar ist.Device for determining a gas mass flow with a first sensor unit ( 20 ), which at least one first temperature measuring element ( 40 ; 42 ) and a first heating element ( 44 ), a second sensor unit ( 22 ) comprising a second temperature measuring element ( 36 ) and a second heating element ( 50 ) and a control unit ( 52 ), by means of which the at least one first heating element ( 44 ) is controllable to controlled excess temperatures, characterized in that the control unit ( 52 ) in such a way with the heating element ( 50 ) of the second sensor unit ( 22 ), that the second heating element ( 50 ) is controllable to a controlled excess temperature. Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (40, 55) mäander- oder omegaförmig auf den Substraten (24, 26) angeordnet sind.Device for determining a gas mass flow according to claim 1, characterized in that the heating elements ( 40 . 55 ) meandering or omega-shaped on the substrates ( 24 . 26 ) are arranged. Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sensoreinheit (20) zwei Temperaturmesselemente (40, 42) aufweist, die mit der Steuereinheit (52) verbunden sind.Device for determining a gas mass flow according to one of the preceding claims, characterized in that the first sensor unit ( 20 ) two temperature measuring elements ( 40 . 42 ) connected to the control unit ( 52 ) are connected. Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoreinheit (22) zwei Temperaturmesselemente (36) aufweist, die mit der Steuereinheit (52) verbunden sind.Device for determining a gas mass flow according to one of the preceding claims, characterized in that the second sensor unit ( 22 ) two temperature measuring elements ( 36 ) connected to the control unit ( 52 ) are connected. Verfahren zur Rekalibrierung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms, bei dem das Heizelement (44) der ersten Sensoreinheit (20) auf eine gesteuerte Übertemperatur geregelt wird und daraufhin ein Massenstrom aus der Wärmeabfuhr des zumindest einen Heizelementes (44) der ersten Sensoreinheit (20) in Abhängigkeit der Temperatur des Temperaturmesselementes (36) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines gesteuerten stationären Motorzustandes der ermittelte Gasmassenstrom gespeichert wird, anschließend die Steuereinheit (52) umschaltet und das Heizelement (50) der zweiten Sensoreinheit (22) auf eine gesteuerte Übertemperatur- geregelt und ein Massenstrom aus der Wärmeabfuhr des zumindest einen Heizelementes (50) der zweiten Sensoreinheit (22) in Abhängigkeit der Temperatur des Temperaturmesselementes (40; 42) der ersten Sensoreinheit (20) berechnet wird, abschließend die beiden Werte des Gasmassenstroms miteinander verglichen werden und entsprechend einer in der Steuereinheit (52) hinterlegten Korrekturtabelle die erste Sensoreinheit (20) rekalibriert wird.Method for recalibrating a device for determining a gas mass flow, in which the heating element ( 44 ) of the first sensor unit ( 20 ) is controlled to a controlled excess temperature and then a mass flow from the heat dissipation of the at least one heating element ( 44 ) of the first sensor unit ( 20 ) as a function of the temperature of the temperature measuring element ( 36 ) is calculated, characterized in that upon detection of a controlled stationary engine state of the detected gas mass flow is stored, then the control unit ( 52 ) and the heating element ( 50 ) of the second sensor unit ( 22 ) regulated to a controlled excess temperature and a mass flow from the heat dissipation of the at least one heating element ( 50 ) of the second sensor unit ( 22 ) as a function of the temperature of the temperature measuring element ( 40 ; 42 ) of the first sensor unit ( 20 ), finally the two values of the gas mass flow are compared with each other and according to one in the control unit ( 52 ) stored correction table the first sensor unit ( 20 ) is recalibrated. Verfahren zur Rekalibrierung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem folgenden Schritt die Steuereinheit (52) wieder umschaltet, so dass das Heizelement (44) der ersten Sensoreinheit (20) auf die gesteuerte Übertemperatur geregelt wird.Method for recalibrating a device for determining a gas mass flow according to claim 5, characterized in that in a following step the control unit ( 52 ) again, so that the heating element ( 44 ) of the first sensor unit ( 20 ) is controlled to the controlled excess temperature. Verfahren zur Rekalibrierung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der notwendigen Leistungsaufnahme oder der Übertemperatur der beiden Temperaturmesselemente (40, 42) auf der ersten Sensoreinheit (20) zur Strömungsrichtungserkennung genutzt wird.Method for recalibrating a device for determining a gas mass flow according to one of claims 5 or 6, characterized in that the difference between the necessary power consumption or the overtemperature of the two temperature measuring elements ( 40 . 42 ) on the first sensor unit ( 20 ) is used for flow direction detection. Verfahren zur Rekalibrierung einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Gasmassenstroms nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Rekalibrierung die zweite Sensoreinheiten (22) mittels des zweiten Heizelementes (50) freigebrannt wird.Method for recalibrating a device for determining a gas mass flow according to one of claims 5 to 7, characterized in that prior to the recalibration the second sensor units ( 22 ) by means of the second heating element ( 50 ) is burned free.
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